汽车传动轴的布置指南

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1、整车技术部设计指南59第 4 章 传动轴的布置4.1 概述传动轴的作用是连接差速器与轮胎以传递动力，现多用万向传动轴。万向传动轴即在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力，传动轴布置要考虑传动轴平顺有效地传递动力，在各种极限工作状态下,传动轴不至脱出动力输出端而失去动力，也不至卡死而传递不良和发出严重的噪声。本章讲述的是发动机前置前驱的乘用车传动轴的布置。4.2 布置流程4.2.1 布置原则1）该布置的功能要求万向传动轴应能适应所联两轴夹角及相对位置在一定范围内的不断变化并且能可靠、稳定、高效地传递动力，保证所联两轴能等速旋转。2）该布置的顾客要求由于万向节夹角而产生

2、的附加载荷、振动及噪声等应在允许范围内，在使用车速范围内不应有共振现象，结构简单及维修方便。4.2.2 布置形式1）差速器与轮胎距离较近时，常采用两个十字轴万向节和一根可伸缩的传动轴；如下图 4.1：右传动轴左传动轴万向节图 4.12）当差速器与轮胎距离较远，或与周边可能发生干涉的应将传动轴分成两根或三根，且后面一根传动轴可伸缩，中间传动轴应支承。整车技术部设计指南60如下图 4.2：左传动轴中间传动轴支承件万向节右传动轴图 4.2对于中间传动轴，要能补偿传动轴的安装误差和适应行驶中由于有弹性悬置发动机的窜动和车架变形引起的位移，而其轴承应不受或少受由此产生的附加载荷。现在中间支承多采用单列球

3、轴套的橡胶弹性元件。缺点是不能承受轴向力，因此要合理选择支承刚度，避免在传动轴常用转速内产生共振和噪声。4.2.3 布置步骤（以 M11 的数据为例）1）布置设计输入a)在常用工况下，即设计状态下的前轮制动器和车辆在各种姿态下的车轮轮心坐标。注：根据所采用的悬架系统来定整车姿态时就可确定前后轮心坐标并可以选择制动器。b)厂家提供移动节和固定节数据。如下图 4.3：固定节移动节图 4.3厂家一般有数种移动节和固定节的系列产品。厂家会根据我们对开发车型的要求，包括所选择车型定位所需性能要求和动力总成空间等条件推荐移动节和固定节型号，或者重新开发。整车技术部设计指南61c)动力总成数据；d)前舱车身

4、数据。2) 布置过程a)初步确定传动轴位置。导入前舱车身数据和动力总成数据，先将动力总成放入前舱中，并使其与前舱车身四周保持合适的间隙以及合适的离地间隙。如下图 4.4：具体布置见动力总成布置指南。图 4.4b)方向盘转角为 0 度时前悬架上下跳动情况初定传动轴长度。依据传动轴与差速器和制动器轴承配合关系，按厂家所提供的移动节和固定节数据，可以确定出设计状态、轮胎上下极限跳动时的移动节和固定节的中心坐标。下图 4.5 所示：零件配合关系差速器输出端断面传动轴移动节断面配合面图 4.5整车技术部设计指南62依据这种配合关系和轮胎上下极限跳动中心点，移动节和固定节中心线分别与配合端面垂直，因此从配

5、合面到各中心的距离可做出中心点，从而可确定中心点坐标。如下图 4.6 所示（设计载荷）：设计载荷：汽车整备质量和三个乘员(对于两排五人座车辆,前排坐两人,后排坐一人)右移动节中心左移动节中心右固定节中心轮心图 4.6又如下图 4.7 所示（轮胎上下跳动）：右传动轴左传动轴图 4.7左固定节中心整车技术部设计指南初定选择右传动轴长度为 735.2mm,左传动轴长度为 406.6mm.c )从上作图可得到固定节和移动节坐标，见下表 4.1、表 4.2表 4.1表 4.263d)校核，具体过程见后（4.2.4 校核）。校核结果满足要求，各万向节工作角度在允许范围内，且角度行程图在厂家所提供的梯形图内

6、，则如此布置的传动轴可行，将移动节和固定节中心坐标提供给设计员进行传动轴的细化设计。校核结果不能满足要求，则需要调节传动轴长度或动力总成姿态。调整后再校核，直到满足要求为止。4.2.4 校核校核的标准：移动节滑入或滑出的长度和工作角度在一定范围内。此范围由厂家所设计的移动节系列产品根据多方面要素而确定的。一般由厂家提供。1) 轮胎上下极限跳动时的情况从初定传动轴长度这一作图过程中，已测量得各固定节和移动节相应坐标值。各点如下图 4.8红色圈点是移动节中心图 4.8a)对于右传动轴：轮胎上下极限跳动时，找出相应地移动节中心,求出移动节滑动距离和工作角度。如序号位置固定节中心坐标（左）固定节中心坐

7、标（右）1上极限(0.61，-702.596，98.642)(0.61，702.596，98.642)2设计载荷(0.98，-708.405，27.201)(0.98，708.405，27.201)3下极限(1.512，-700.155，-47.436)(1.512，700.155，-47.436)序号位置移动节中心坐标（左）移动节中心坐标（右）1设计载荷(-36.824，-304.142，48.692)(-35.985，-25.237，55.947)整车技术部设计指南64下图 4.9,Pp 为设计状态下固定节中心点；Ppu 为轮胎上极限跳动对应固定节中心点； Ppl为为轮胎下极限跳动对应固定

8、节中心；Pt 为设计状态下移动节中心点；L 为经过 Pt 点垂直于差速器输出端平面的直线，Pt 此直线上移动。移动节中心 Pt 与固定节中心 Pp 间距一定， 当 Pp 下跳到 Ppl，以 Ppl 为球心，以 Pp 至 Pt 间距 735.2 为半径作一球，此球体与 L 的交点即为轮胎下极限跳动时对应的移动节中心 Ptl。PpPplPpuPtLPtl图 4.9此时，如下图 4.10 测得，移动节滑入 1.542mm,工作角度 9.964,固定节工作角度4.137。固定节中心图 4.10同上步骤可测得轮胎上极限跳动时，移动节滑动长度及工作角度和固定节的工作角度。单是轮胎上下极限跳动时，固定节中心

9、与轮胎中心连线平动。整车技术部设计指南65则对于右传动轴，测得如下表 4.3 中的数据：表 4.3固定节的工作角度40即可满足传动轴运行要求。b)对于左传动轴：如上同右传动轴方法，测得如下表 4.4 数据：表 4.4c)将上表中的内容以移动节滑移距离为横坐标，以工作角度为纵坐标标出各点，并与厂家提供的范围进行比较。厂家将提供类似下图 4.11 的输入：角度移距图 4.11把上图所示和移动节滑移距离及工作角度转化到 CATIA 中，如下图 4.12，位置移动节滑动长度（以滑出为正）移动节工作角度固定节工作角度上极限5.2063.263.87空载04.6124.1下极限-1.5429.9644.2

10、位置移动节滑动长度（以滑出为正）移动节工作角度固定节工作角度上极限-3.33410.1448.3空载05.726.5下极限2.79313.4355.5整车技术部设计指南66图 4.12如上图可看出，轮胎上下跳动时，传动轴所选择长度合适。如果出现如下图 4.13 情况：一点超出区域图 4.13此点行程过大，滑入过多，易卡死在差速器里。表明传动轴较长，需稍缩短其长度。整车技术部设计指南67如果出现以下图 4.14 情况：一点超出区域图 4.14此点工作角度过大，传动轴工作易磨损发出噪声。表明传动轴较短，需稍加长其长度。如果加减传动轴的长度后仍不能满足要求，则需要调整动力总成的姿态。每次调整后都需要

11、进行上述校核，直到满足要求为止。2) 对于处于空载和满载的情况下也需要校核。空载：汽车装有完整厂家配置，能够正常驾驶，加注规定量的冷却液体，以及至少有 90%的燃油。满载：指装载至最大允许额定质量。由空载和满载所规定的质量和悬架刚度计算出前后轮中心上下偏移距离，从而由4.2.32) b)中所述方法确定各自载荷在设计状态下的移动节和固定节坐标。根据4.2.41)所述方法测出移动节滑动长度及工作角度和固定节的工作角度。如下表 4.5表 4.5如上所测量数据仍需输入到厂家提供的梯形图中，以校核是否满足要求。与 2.4.1 中所述的三种状态(空载、满载、设计载荷)一起进行传动轴长度的调整或发动机姿态的

12、调整。3)车轮转向时进行校核对于前置前驱，前轮既是驱动轮也是转向轮。轮胎转向且处于轮胎上下极限跳动时，对传动轴的工作角度影响很大。状态移动节滑动长度（以滑出为正）移动节工作角度固定节工作角度空载满载整车技术部设计指南68对于 M11，方向盘设计最大角度为494 度。初步确定传动轴长度在方向盘转角为 0度时进行的，所选长度需在方向盘转动494 度同时轮胎处于上下跳动极限进行校核。在这过程中，轮胎中心和固定节中心需要用软件 ADAMS 或 CATIA 运动仿真模拟进行确定。加上所有约束后如下图 4.15：图 4.15固定节中心运动轨迹如下图 4.16：图 4.16用初选的传动轴长度进行校核，将移动

13、节中心坐标及工作角度和固定节中心点坐标分别测量出来，将这些点输入厂家提供的梯形图进行比较。整车技术部设计指南69如下图 4.17：图 4.17如有不满足要求情况，根据三种状态(空载、满载、设计载荷)一起进行传动轴长度的调整或发动机姿态的调整。4)其他工况校核Braking at 0.9g.（0.9g 的减速度制动）Right turn at 0.9g.（0.9g 的加速度向右转弯）Left turn at 0.9g（0.9g 的加速度向左转弯）Driving away in first gear.（一档起步）Driving away in rear gear.（倒档起步）Rear crash

14、at 25g. (only for USA market)（25g 加速度后碰）Jolt upwards at 3.5g（3.5g 加速度向上晃动）Jolt downwards at 4.5g.（4.5g 加速度向下晃动）以上工况都需要在 ADAMS 里进行模拟，得到一系列的曲线图与厂家提供的梯形图进行比较。如有不满足要求情况，根据三种状态(空载、满载、设计载荷)一起进行传动轴长度的调整或动力总成姿态的调整。5)实体数模空间校核各种校核满足后,将方向盘转动 0 度时空载、轮胎上下极限跳动时的移动节和固定节整车技术部设计指南70中心坐标提供给设计员进行详细的结构设计。设计好后，再以实体数模进行空

15、间校核。完整的实体数模如下图 4.18：图 4.18a)载入数模查看传动轴与左右纵梁是否有干涉。如下图 4.19图 4.19轮胎跳动时与纵梁间隙为 25mm 即可满足要求。此处可达 41mm，故满足要求。b)查看传动轴是否与动力总成外壳是否有干涉。如下图 4.20：图 4.20整车技术部设计指南71传动轴与动力总成外壳间隙达到 10mm 即可满足要求，此处有 10mm 以上的间隙，因此满足要求。c)查看传动轴与副车架是否有干涉。如下图 4.21：左右图 4.21传动轴与副车架间隙达到 25mm 即可满足要求。此处分别为 14.138mm 和 38.917mm，因此左端满足要求，右端与经验值不符

16、。d)查看传动轴橡胶套是否与排气系统有干涉。如下图 4.22三元催化器图 4.22传动轴橡胶护套与排气系统间隙为 50mm 即可满足要求。此处间隙为 49.168mm，与经验值接近。e)对于法兰面连接，用螺栓紧固的传动轴，在移动节后端不能有防碍拧紧工具的障碍物。如下图 4.23紧固螺栓整车技术部设计指南紧固气动工具72复紧手动工具图 4.23如果传动轴与其他件发生干涉，需局部改动传动轴结构。校核如有不满足情况，在传动轴长度和动力总成姿态调整后均需重新校核，直到满足为止。对于沿用原有车型动力总成的新车型，直接将原传动轴载入整车坐标系中进行校核。依据校核情况进行传动轴长度的调整或动力总成姿态的调整。